鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，包括焊絲外皮和藥芯，外皮為純度為99.99％的紫銅帶，藥芯為釩粉，其化學(xué)成分為：V＞99.9％，F(xiàn)e＜0.05％，Si＜0.05％，Al＜0.05％，N＜0.04％，C＜0.05％，H＜0.01％，以上組分質(zhì)量百分比值和為100％。本發(fā)明還公開(kāi)了其制備方法：通過(guò)成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，并向其中添加步驟1烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為25％～30％，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm；經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉至1.2mm。本發(fā)明藥芯焊絲可實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；成分控制較容易，制造工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，本發(fā)明還涉及該藥芯焊絲的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦-鋼復(fù)合板是以鋼板為基層，以鈦板為復(fù)層的復(fù)合材料。鈦及其合金由于具有密度小、耐熱，以及良好的耐蝕性能等，被廣泛用于制作各種化學(xué)反應(yīng)容器、熱交換器等石油化工和航空航天領(lǐng)域中的產(chǎn)品。但是，鈦及其合金的價(jià)格相對(duì)較高，導(dǎo)致其工業(yè)產(chǎn)品的成本增加，在滿足產(chǎn)品使用性能要求的前提下，如何降低產(chǎn)品成本一直是人們努力追求的目標(biāo)。鈦-鋼復(fù)合板既能保持鈦優(yōu)異的耐蝕性，又具有普通鋼板作為結(jié)構(gòu)件的高強(qiáng)度和一定塑性，使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本大幅度降低，因此鈦-鋼復(fù)合板在石油化工、海洋工程等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]鈦與鋼直接熔焊時(shí)，由于鐵在鈦中的溶解度極低，常溫下Fe在Ti中的溶解度只有
0.05%?0.1 %左右，當(dāng)合金含鐵量超過(guò)0.1%時(shí)，將會(huì)形成金屬間化合物T1-Fe。T1-Fe相硬而脆，在高溫下還會(huì)形成金屬間化合物TiFe2，同時(shí)，鈦還與N1、Cr、C形成更加復(fù)雜的金屬間化合物和碳化物，使焊縫嚴(yán)重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋。即使在固態(tài)下焊接，由于母材組元的相互擴(kuò)散和遷移，也很容易在結(jié)合區(qū)附近形成一個(gè)金屬間化合物和碳化物的薄層，從而導(dǎo)致結(jié)合區(qū)韌性下降由于鈦是一種活潑金屬，在高溫下易與鋼中的鐵、碳元素形成化合物，增加復(fù)合界面的脆性，極易產(chǎn)生焊接裂紋，從而嚴(yán)重制約著鈦-鋼復(fù)合材料的熔焊對(duì)接及其應(yīng)用。
[0004]因此，通常在鈦-鋼復(fù)合材料的熔焊對(duì)接時(shí)往往需要添加一種合適的過(guò)渡層，這就對(duì)過(guò)渡層用焊接材料提出了要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，解決了現(xiàn)有鈦與鋼直接熔焊時(shí)焊縫嚴(yán)重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲的制備方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，包括焊絲外皮和藥芯，藥芯為釩粉，其化學(xué)成分為:V > 99.9%，F(xiàn)e < 0.05%，Si < 0.05%，Al
<0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01 %，以上組分質(zhì)量百分比值和為100%。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0009]焊絲外皮為10X0.4mm的紫銅帶，純度99.99%。
[0010]藥芯的填充比為25%?30%。
[0011]本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0012]步驟I，對(duì)粒度為 100 目，化學(xué)成分為 V > 99.9 %，F(xiàn)e < 0.05 %，Si < 0.05 %，Al
<0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01%的釩粉在 200 ?250°C烘干處理 2 ?3h ;
[0013]步驟2，將10X0.4mm，純度為99.99%的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物；
[0014]步驟3，通過(guò)成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，并向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為25%?30%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ；
[0015]步驟4，經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉將直徑2.6mm的焊絲至為直徑1.2mm,即得到鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲具有以下特點(diǎn):1)本發(fā)明藥芯焊絲可實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；2)本發(fā)明藥芯焊絲成分控制較容易，制造工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)；3)本發(fā)明藥芯焊絲適用于熔化極氬弧焊，惰性氣體保護(hù)焊等多種焊接方法。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的焊縫金屬金相組織圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的焊縫金屬金相組織圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3對(duì)應(yīng)的焊縫金屬金相組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，包括焊絲外皮和藥芯，藥芯為釩粉，其化學(xué)成分為> 99.9%, Fe < 0.05%, Si < 0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%,C < 0.05%, H < 0.01%，以上組分質(zhì)量百分比值和為100%。
[0022]焊絲外皮為10X0.4mm的紫銅帶，純度99.99%。
[0023]藥芯的填充比為25%?30%。
[0024]上述鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0025]步驟I，對(duì)粒度為 100 目，化學(xué)成分為 V > 99.9 %，F(xiàn)e < 0.05 %，Si < 0.05 %，Al
<0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01%的釩粉在 200 ?250°C烘干處理 2 ?3h ;
[0026]步驟2，將10X0.4mm，純度為99.99%的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物；
[0027]步驟3，通過(guò)成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，并向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為25%?30%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ；
[0028]步驟4，經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉將直徑2.6mm的焊絲至為直徑1.2mm,即得到鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲。
[0029]本發(fā)明鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲具有以下特點(diǎn):1)本發(fā)明藥芯焊絲可實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；2)本發(fā)明藥芯焊絲成分控制較容易，制造工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)；3)本發(fā)明藥芯焊絲適用于熔化極氬弧焊，惰性氣體保護(hù)焊等多種焊接方法。
[0030]實(shí)施例1
[0031]步驟1，取粒度為 100 目，化學(xué)成分為 V > 99.9%, Fe < 0.05%, Si < 0.05%, Al
<0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01%的釩粉，對(duì)其進(jìn)行 200°C X2h 烘干處理；
[0032]步驟2，將純度99.99%,10X0.4mm的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物；
[0033]步驟3，通過(guò)焊絲成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為25%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ；
[0034]步驟4,將2.6mm的藥芯焊絲經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉至直徑1.2mm。
[0035]用實(shí)施例1制備的銅-釩藥芯焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為，復(fù)合板開(kāi)單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過(guò)渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100A、100?130A，保護(hù)氣體為99.99 %的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度483MPa，屈服強(qiáng)度363MPa，斷后延伸率8.5%，斷面收縮率29%，室溫沖擊功30J。
[0036]實(shí)施例1制備的藥芯焊絲配合鈦層焊絲及鋼層焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)金屬微觀組織見(jiàn)圖1。圖1中下層為鋼層焊縫組織，中層顏色稍亮部分為本發(fā)明的藥芯焊絲焊接過(guò)渡層組織，上層為鈦層焊縫組織，藥芯焊絲過(guò)渡層的厚度約50 μ m,該過(guò)渡層很好的隔絕了鈦元素過(guò)渡到鋼層中，有效的抑制了脆性相的生成，過(guò)度層金屬部分熔入到鈦層及鋼層金屬中，保證了焊縫金屬一定的力學(xué)性能。
[0037]實(shí)施例2
[0038]步驟I，取粒度為 100 目，化學(xué)成分為 V > 99.9 %，F(xiàn)e < 0.05 %，Si < 0.05 %，Al
<0.05%,N < 0.04%,C < 0.05%,H < 0.01%的釩粉，對(duì)其進(jìn)行 220°C X2.5h 烘干處理；
[0039]步驟2，將純度99.99%,10X0.4mm的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物；
[0040]步驟3，通過(guò)焊絲成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為27%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ；
[0041]步驟4，將直徑2.6mm的藥芯焊絲經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉至直徑1.2mm。
[0042]用實(shí)施例2制備的銅-釩藥芯焊絲焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為，復(fù)合板開(kāi)單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過(guò)渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100AU00?130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度495MPa，屈服強(qiáng)度390MPa，斷后延伸率9 %，斷面收縮率30 %，室溫沖擊功32J。
[0043]焊縫區(qū)金屬微觀組織見(jiàn)圖2。圖2中下層為鋼層焊縫組織，中層顏色稍亮部分為本發(fā)明的藥芯焊絲焊接過(guò)渡層組織，上層為鈦層焊縫組織。藥芯焊絲過(guò)渡層的厚度在30?50 μ m之間，該過(guò)渡層很好的隔絕了鈦元素過(guò)渡到鋼層中，有效的抑制了脆性相的生成。
[0044]實(shí)施例3
[0045]步驟I，取粒度為 100 目，化學(xué)成分為 V > 99.9 %，F(xiàn)e < 0.05 %，Si < 0.05 %，Al
<0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01%的釩粉，對(duì)其進(jìn)行 250°C X3h 烘干處理；
[0046]步驟2，將純度99.99%,10X0.4mm的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物；
[0047]步驟3，通過(guò)焊絲成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為30%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ；
[0048]步驟4，將直徑2.6mm的藥芯焊絲經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉至直徑1.2mm。
[0049]用實(shí)施例3制備的銅-釩藥芯焊絲焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及鋼層焊絲(YCGX80)焊接鈦-鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為，復(fù)合板開(kāi)單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過(guò)渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80?100AU00?130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160?180A。接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度501MPa，屈服強(qiáng)度393MPa，斷后延伸率9.5 %，斷面收縮率32 %，室溫沖擊功32J。
[0050]焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見(jiàn)圖3。圖3中下層為鋼層焊縫組織，中層顏色稍亮部分為本發(fā)明的藥芯焊絲焊接過(guò)渡層組織，上層為鈦層焊縫組織。藥芯焊絲過(guò)渡層的厚度在50?70μπι之間，該過(guò)渡層很好的隔絕了鈦元素過(guò)渡到鋼層中，有效的抑制了脆性相的生成。
【權(quán)利要求】
1.鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，其特征在于，包括焊絲外皮和藥芯，藥芯為釩粉，其化學(xué)成分為> 99.9%,Fe < 0.05%,Si < 0.05%,Al < 0.05%,N < 0.04%,C < 0.05%, H < 0.01%，以上組分質(zhì)量百分比值和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，其特征在于，焊絲外皮為10X0.4mm的紫銅帶，純度99.99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲，其特征在于，藥芯的填充比為25%?30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1，對(duì)粒度為100目，化學(xué)成分為V > 99.9%, Fe < 0.05%, Si < 0.05%, Al< 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01%的釩粉在 200 ?250°C烘干處理 2 ?3h ; 步驟2，將10X0.4mm，純度為99.99%的紫銅帶放置在藥芯焊絲生產(chǎn)線的放帶機(jī)上，用超聲波清洗儀對(duì)紫銅帶進(jìn)行清洗，去除紫銅帶表面油污及其他有害污染物； 步驟3，通過(guò)成型機(jī)將步驟2處理過(guò)的紫銅帶軋制成U型，并向其中添加步驟I烘干的釩粉，控制釩粉的填充率為25%?30%，隨后對(duì)焊絲進(jìn)行6級(jí)粗拉至直徑2.6mm ； 步驟4，經(jīng)過(guò)9級(jí)精拉將直徑2.6mm的焊絲至為直徑1.2mm,即得到鈦-鋼復(fù)合板異質(zhì)接頭過(guò)渡層用藥芯焊絲。
【文檔編號(hào)】B23K35/32GK104400249SQ201410494098
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張敏, 劉明志, 張明, 李繼紅 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)